Ostre uszkodzenie nerek (AKI)1,2, które również może być określane jako ostra niewydolność nerek, jest szeroko definiowane jako nagłe upośledzenie funkcji nerek3. Chociaż poziom zrozumienia tego schorzenia znacznie się poprawił na przestrzeni lat, wskaźniki zachorowalności i śmiertelności pozostały wysokie1,2. Obecne leczenie tego schorzenia jest w większości pomocne, ponieważ wyniki wielu badań klinicznych nad terapią lekową były negatywne4,5. Wyjątkowość nerki polega na tym, że mają zdolność do samonaprawy. Dlatego terapia wspomagająca po wczesnym rozpoznaniu AKI jest najlepszym sposobem na ograniczenie zachorowalności6. Jednak trudno jest wcześnie wykryć AKI, a śmiertelność wynosi oszałamiające 50-80% u osób wymagających dializy5. Biorąc pod uwagę zdolność nerek do samonaprawy i brak opcji leczenia tego schorzenia, ważne jest opracowanie metod usprawniających ten proces regeneracji nefronów.
Do badań AKI użyto wielu różnych modeli, które obejmują różne czynniki urazów i modele zwierzęce. Jeśli chodzi o czynniki powodujące uszkodzenie nerek, antybiotyk aminoglikozydowy gentamycyna został użyty jako środek nefrotoksyczny, który prowadzi do AKI7,8. Jednak kilka grup odkryło, że leczenie gentamycyną jest śmiertelne dla zarodka danio pręgowanego9. Powoduje uszkodzenie kanalików, które jest zbyt poważne, aby można było odzyskać zarodek, co utrudnia badanie regeneracji bez pewnego rodzaju interwencji. Modele ssaków, takie jak mysz i szczur, są również uważane za cenne, ale napotykają wiele ograniczeń podczas badania AKI. Być może główną wadą modeli gryzoni jest trudność w wizualizacji nerki gryzonia, a tym samym określeniu precyzyjnych procesów czasoprzestrzennych prowadzących do śmierci i naprawy nabłonka.
Johnson et al. zgłosiły technikę opartą na ablacji laserowej w celu wywołania ostrego uszkodzenia nerek u embrionalnych i larwalnych danio pręgowanego9. Użyli pulsacyjnej ablacji laserowej w celu uszkodzenia nerki po wstrzyknięciu domięśniowym koniugatów dekstranu. Fluorescencja z koniugatów dekstranu pozwala na wizualizację uszkodzeń i regeneracji w nabłonku kanalików9. Model ten pokonuje dwa ograniczenia wymienione powyżej, ale nie pozwala na stopniowanie poziomów uszkodzeń i jest trudny do przeprowadzenia na dużych, arbitralnych grupach komórek.
Opisany tutaj nowy model AKI oparty na ablacji laserowej rozwiązuje wszystkie powyższe ograniczenia. Nerka pronefryczna u larw danio pręgowanego jest dojrzałym, funkcjonującym narządem, który zawiera segmenty podobne do nefronu ssaków, w tym kłębuszek nerkowy, kanaliki proksymalne i dystalne oraz przewód zbiorczy10. Larwy danio pręgowanego są również optycznie przezroczyste, co umożliwia obserwację nerki za pomocą technik fluorescencyjnych. Tak więc danio pręgowany jest cennym modelem AKI in vivo, a larwalna nerka pronefryczna (5-12 dni po zapłodnieniu (dpf)) może być wykorzystana do badania procesów komórkowych i molekularnych związanych z uszkodzeniem i naprawą nerek.
Ten artykuł przedstawia metodę, dzięki której specyficzne segmenty nefronu wyrażające zielone białko fluorescencyjne (GFP) mogą być fotoablalowane za pomocą niskoenergetycznego (w porównaniu do systemu laserowego) fioletowego światła laserowego (405 nm). Fluorescencja GFP pozwala na celowanie w grupę komórek, dzięki czemu zachodzące zmiany są widoczne poprzez obserwację fotowybielania GFP. Ponadto GFP (poprzez pochłanianie światła fioletowego) służy jako pochłaniacz energii w celu nasilenia uszkodzenia w komórkach nerkowych wykazujących ekspresję GFP. Mikroskopia poklatkowa może być następnie wykorzystana do zbadania procesu naprawy. Badania wykazały, że proliferacja komórek, migracja komórek i metaplazja komórek11,12,13 to potencjalne procesy, które mogą odgrywać ważną rolę w naprawie nerek. Jednak względne znaczenie tych procesów i szczegóły ich wzajemnych oddziaływań były trudne do odkrycia ze względu na ograniczenia istniejących modeli AKI. Korzystając z tego nowatorskiego podejścia, udało się wykazać, że migracja komórek odgrywa kluczową rolę w naprawie nerek po ostrym urazie14.